JP5794348B2 - 液体吐出装置、及び、吐出検査方法 - Google Patents
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Description
そこで本発明は、印刷中に各ノズルの吐出検査をより確実に行うことを目的とする。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
このような液体吐出装置によれば、印刷中に各ノズルの吐出検査をより確実に行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、インクの乾燥による影響を考慮した吐出検査を行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、インクの乾燥による影響を考慮した吐出検査を行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、特定のノズルの吐出検査を、簡素な構成で、且つ、他のノズルの使用状況にかかわらずに行なうことができる。
このような液体吐出装置によれば、検査期間に検査対象ノズルの吐出検査を確実に行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、圧電素子を駆動させた後の残留振動に基づいて検査対象ノズルの吐出検査を行うことができる。
図1は、本実施形態のプリンター1の全体構成のブロック図である。また、図2Aは、プリンター1の斜視図であり、図2Bは、プリンター1の横断面図である。以下、本実施形態のプリンター1の基本的な構成について説明する。
なお、ヘッドユニット40の詳細については後述する。
また、本実施形態のコントローラー60は、残留振動検出回路55の検出結果に基づいて、各ノズルの正常、異常を判定する処理も行う(後述する)。
フレキシブルケーブル71は、可撓性を有する配線であり、コントローラー60とヘッドユニット40との間で各種の信号を伝送する。
コントローラー60は、コンピューター110から印刷命令及び印刷データを受信すると、印刷データに含まれる各種コマンドの内容を解析し、各ユニットを用いて、以下の処理を行う。
上記の印刷処理は、前述したように、プリンター1に接続されたコンピューター110から印刷データが送信されることにより開始する。当該印刷データは、プリンタードライバーによる処理により生成される。以下、プリンタードライバーによる処理について、図3を参照しながら説明する。図3は、プリンタードライバーによる処理の説明図である。
解像度変換処理は、アプリケーションプログラムから出力された画像データ(テキストデータ、イメージデータなど)を、紙に印刷する際の解像度(印刷解像度)に変換する処理である。例えば、印刷解像度が720×720dpiに指定されている場合、アプリケーションプログラムから受け取ったベクター形式の画像データを720×720dpiの解像度のビットマップ形式の画像データに変換する。なお、解像度変換処理後の画像データの各画素データは、RGB色空間により表される多階調(例えば256階調)のRGBデータである。この階調値は、RGB画像データに基づいて定められるものであり、以下指令階調値ともいう。
図4は、駆動信号生成回路65の構成を示すブロック図である。駆動信号生成回路65は、波形メモリー651と、第1ラッチ回路652と、加算器653と、第2ラッチ回路654と、D/A変換器655と、電圧増幅部656と、電流増幅部657とを備えている。
第1ラッチ回路652は、前述した第1のクロック信号ACLKによって波形メモリー651から必要な波形形成用データDATAを読み出して一時的に保持(ラッチ)するものである。
加算器653は、第1ラッチ回路652の出力と後述する第2ラッチ回路654から出力される波形生成データWDATAとを加算する。
第2ラッチ回路654は、加算器653の加算出力を前述した第2のクロック信号BCLKによってラッチする。
D/A変換器655は、第2ラッチ回路654から出力される波形生成データWDATAをアナログ信号に変換する。
電圧増幅部656は、D/A変換器655から出力されるアナログ信号を電圧増幅する。
電流増幅部657は、電圧増幅部656の出力信号を電流増幅して駆動信号COMを出力する。
波形メモリー651は、図5に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリー素子が配列され、アドレスA0〜A3と共に波形データDATAが記憶される。具体的には、波形メモリー651には、CPU62が指示したアドレスA0〜A3に対して、クロック信号WCLKと共に波形データDATAが入力され、書込みイネーブル信号DENの入力によってメモリー素子に波形データDATAが記憶される。
図7はヘッド41の下面(ノズル面)のノズル配置の一例を示す図である。
ヘッド41には、図7に示すように複数のノズルが配列されている。この図7の例では、4色のインク(Y:イエロー、M:マゼンダ、C:シアン、K:ブラック)を用いる場合のノズルの配列パターンを示しており、これらの色の組合せによりフルカラー印刷が可能となる。
各色についてn個(例えば180個)のノズルが設けられている。図ではY(イエロー)のノズル列の各ノズルに番号(Y(1)〜Y(n))を付している。
なお、本実施形態のヘッド41では圧電式アクチュエータ(いわゆるピエゾ方式)を用いており、各ノズルに対応して圧電式アクチュエータが備えられている。
ヘッド41は、図8に示すように、振動板421と、この振動板421を変位させる圧電式アクチュエータ422と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板421の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ(圧力室)423と、このキャビティ423に連通し且つ当該キャビティ423内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル424と、を少なくとも備えている。
各ノズル424に対応する圧電式アクチュエータ422に駆動信号COMを印加すると、その際の圧力変動後、キャビティ423内に残留振動(正確には、図8の振動板421の自由振動)が発生する。この残留振動の状態から各ノズル424の状態(キャビティ423内の状態を含む)を検出することが可能である。
図10は、振動板421の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す図である。
また、図12は、気泡混入と残留振動波形の関係の説明図である。図の横軸は時間を示し、縦軸は残留振動の大きさを示している。
例えば、気泡がインクの流路やノズル先端に混入した場合には、ノズル正常時に比べて、気泡が混入した分だけインク重量m(=イナータンス)が減少する。(2)式よりmが減少すると角速度ωが大きくなるので振動周期が短くなる(振動周波数が高くなる)。
図13は、残留振動検出回路55の構成の一例を示す回路図である。なお、本実施形態の残留振動検出回路55は、共通吐出検査部に相当し、ヘッド41の各ノズルに対して共通に設けられている。
比較器57の非反転入力端子(+端子)には基準電圧Vrefが印加され、反転入力端子(−端子)には残留振動VaOUTが印加される。比較器57は、+端子の電圧(Vref)が−端子の電圧(VaOUT)よりも大きければHレベルを出力し、+端子の電圧(Vref)が−端子の電圧(VaOUT)よりも小さければLレベルを出力する。よって、図に示すように残留振動VaOUTの振動に応じたパルス(COMP出力)が出力される。本実施形態では、このパルス出力(COMP出力)のパルス周期(振動周期Tt)に基づいて、ノズル424の検査を行う。
図15は、ヘッドユニット40のヘッド制御部HCの構成の一例の説明図であり、図16は、各信号のタイミングの説明図である。
選択信号q0〜q3は、ラッチ信号LATとチャンネル信号CHに基づいて、制御ロジック64で生成される。そして生成された選択信号q0〜q3は、圧電式アクチュエータ422毎に設けられたデコーダー83にそれぞれ入力される。
スイッチ制御信号SWは、各ラッチ回路(第1ラッチ回路82A、第2ラッチ回路82B)にラッチされた画素データ(2ビット)に基づいて、選択信号q0〜q3の何れかがデコーダー83によって選択されたものである。各デコーダー83で生成されたスイッチ制御信号SWは、対応するスイッチ86にそれぞれ入力される。
印加信号は、駆動信号COMとスイッチ制御信号SWに基づいてスイッチ86から出力される。この印加信号は、各スイッチ86と対応する圧電式アクチュエータ422にそれぞれ印加される。
ヘッド制御部HCは、コントローラー60からの画素データSIに基づき、インクを吐出させるための制御を行う。すなわち、ヘッド制御部HCは、印刷データに基づいてスイッチ86のオン/オフを制御し、駆動信号COMの必要な部分(期間)を選択的に圧電式アクチュエータ422へ印加させている。言い換えると、ヘッド制御部HCは、各圧電式アクチュエータ422の駆動を制御している。本実施形態では、画素データSIが2ビットで構成されている。そして、転送用クロックSCKに同期して、この画素データSIがヘッド41へ送られてくる。さらに、画素データSIの上位ビット群が各第1シフトレジスタ81Aにセットされ、下位ビット群が各第2シフトレジスタ81Bにセットされる。第1シフトレジスタ81Aには第1ラッチ回路82Aが電気的に接続され、第2シフトレジスタ81Bには第2ラッチ回路82Bが電気的に接続されている。そして、コントローラー60からのラッチ信号LATがHレベルになると、各第1ラッチ回路82Aは対応する画素データSIの上位ビット(SIH)をラッチし、各第2ラッチ回路82Bは画素データSIの下位ビット(SIL)をラッチする。第1ラッチ回路82A及び第2ラッチ回路82Bでラッチされた画素データSI(上位ビットと下位ビットの組)はそれぞれ、デコーダー83に入力される。デコーダー83は、第1ラッチ回路82A及び第2ラッチ回路82Bにラッチされた画素データSIに応じて、制御ロジック84から出力される選択信号q0〜q3のうちの一つの選択信号(例えば選択信号q1)を選択し、選択された選択信号をスイッチ制御信号SWとして出力する。各スイッチ86は、スイッチ制御信号SWに応じてオン/オフされて、駆動信号COMの必要な部分(期間)を選択的に圧電式アクチュエータ422へ印加する。
図17は、駆動信号COMと画素データSIとの関係を示す図である。
まず、画素データSIの上位ビット(SIH)が0の場合([00]及び[01]の場合)について説明する。この場合、スイッチ制御信号SWとして選択信号q1が出力される。これにより、繰り返し周期Tにおいてスイッチ86がオフ状態(未接続)になり、この結果、駆動信号COMが圧電式アクチュエータ422へ印加されない。この場合、ノズル424からはインク滴は吐出されず、また、ノズル検査も行われない。
<印刷データへの検査対象ノズルの割付について>
図18は、印刷時のノズル検査の適用例を示す図である。
なお、図では説明の簡略化のため、複数のノズル列のうちの一つのノズル列のみを示し、さらにノズル列のノズル424(以下、単にノズルともいう)の数を5つにしている。また、図18のノズルよりも右側の格子状の図は、或るパス(ここでは最初のパス)における印刷データを示しており、各格子は画素と対応している。
本実施形態では、以下に示す優先順位で検査対象ノズルの割付を行う。
まず、未検査ノズルがある場合、吐出回数の少ないノズルを優先してノズル未検査ノズルから検査対象ノズルを選択する(D1列、D2列、D3列参照)。
例えば、図18では印刷を開始するD1列では全てのノズルが未検査ノズルである。また、D1列ではノズル#1〜#3とノズル#5からインクを吐出する。すなわちD1列の検査対象ノズルの候補はノズル#1〜#3とノズル#5である。図より、このパスでの各ノズルの吐出回数は、ノズル#1は4回、ノズル#2は3回、ノズル#3は4回、ノズル#5は6回である。よってコントローラー60は、D1列では上述した候補のうち吐出回数の少ないノズル#2を検査対象ノズルとして選択する。
同様にD4列ではノズル#1、ノズル#4が検査対象ノズルの候補になり、吐出回数の少ないノズル#1を選択する。
これに対し、本実施形態では、印刷データに基づいて、未検査ノズルの中で吐出回数の少ないノズルを優先して選択することにより、吐出回数の少ないノズルを確実に検査することができる。
次に、未検査ノズルが複数あり、吐出回数数が同じ場合には非印刷間隔(インクを吐出していない期間)の長いノズルを優先して選択する(D5列参照)。これは、インクを吐出していない期間が長いほど、インクの乾燥などにより不吐出になる可能性が高いからである。このように、インクのインクを吐出していない期間が長い方を選択することで、乾燥の影響を考慮したノズル検査を行うことができる。
例えば、D5列ではノズル#4とノズル#5からインクを吐出する。また、ここまでノズル#4とノズル#5は検査されていない(未検査ノズルである)。すなわち、検査対象ノズルの候補はノズル#4とノズル#5である。また図より、ノズル#4とノズル#5の吐出回数は共に6回である。この場合インクを吐出していない期間が長いほうを選択する。図より、ノズル#4はD4列でインクを吐出する。一方ノズル#5はD1列でインクを吐出した後、インクを吐出していない。よってD5列では、インクを吐出していない期間の長いノズル#5を検査対象ノズルとして選択する。
例えば各ノズルについてのノズル検査が一巡した場合や、ドットを形成するノズルが既に検査済みのノズルのみの場合、検査間隔の長いノズルを優先する(D8列、D9列、D11列、D12列参照)。これは、検査間隔が長くなるほど、インクの乾燥などにより不吐出になっている可能性が高いからである。このように、未検査ノズルがない場合に検査間隔の長いノズルを優先することで、乾燥の影響を考慮したノズル検査を行うことができる。
同様にして、D11列ではノズル#4、D12列ではノズル#2がそれぞれ検査対象ノズルとして選択される。
印刷時には、図18の印刷データに基づいてドット形成とノズル検査を行う。
例えば、上述したようにD1列の画素データSIは、ノズル#2では[11]、ノズル#1、#2、#5では[10]、ノズル#4では[00]になる。
よって図17に示すように、駆動信号COMの駆動期間でノズル#1〜#3、およびノズル#5に対応するスイッチ86がオンとなり、各圧電式アクチュエータ422に駆動信号COMの波形が印加される。これにより各圧電式アクチュエータ422が駆動されインクの吐出動作が行われる。なお、この期間にノズル#4に対応するスイッチ86はオフとなり、ノズル#4に対応する圧電式アクチュエータ422には駆動信号COMが印加されない。よってノズル#4からはインクが吐出されない。
図19は、フラッシング時のノズル検査の適用例を示す図である。
なお、フラッシングとは、ノズルの吐出能力を回復させるため。各ノズルから連続的にインクを吐出させる動作のことである。
図19においても図18と同様に、説明の簡略化のため複数のノズル列のうちの一つのみを示し、さらにノズル数を5つにしている。また、図19の記載方法は図18と同様である。
なお、フラッシングでは全てのノズルからインクを吐出するので、この例では検査対象ノズルをノズル番号順に選択している。
この場合、D1列では、ノズル#2〜#5の画素データSIとして[10]が設定される。これにより、ノズル#2〜#5では駆動信号COMの駆動期間で波形によるインクの吐出動作のみが行われる。また、D1列のノズル#1の画素データSIとして[11]が設定される。これにより、ノズル#1では駆動信号COMの駆動期間において波形によるインクの吐出動作が行われ、その後の検査期間において残留振動に基づいてノズル検査が行われる。
図では、各ノズル(#1〜#5)の検査が二巡したところで、ノズル検査結果が正常になったとしてフラッシングを停止している。
図20および図21は、ノズル検査の処理の一例を示すフロー図である。
なお、図20は印刷時のフローを示しており、図21はフラッシング時のフローを示している。
そして、コントローラー60は、残留振動検出回路55の検出結果(パルスPOUT)に基づいてノズルの異常の有無を判断する(S106)。
また、ステップS112で印刷終了であると判断した場合(S112でY)、増粘フラグが無いかの判断を行う(S113)。
増粘フラグが無ければ(S113でY)、処理を終了する。増粘フラグがあれば(S113でN)、図21に示すフロー(フラッシング)を実行する。
これにより、インクの乾燥による影響を考慮したノズル検査を行うことができる。
一実施形態としてのプリンター等を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
前述の実施形態では、液体吐出装置の一例としてインクジェットプリンターが説明されている。但し、液体吐出装置はインクジェットプリンターに限られるものではなく、インク以外の他の流体(液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体)を吐出したりする液体吐出装置に具現化することもできる。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、気体気化装置、有機EL製造装置(特に高分子EL製造装置)、ディスプレイ製造装置、成膜装置、DNAチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の装置に、上述の実施形態と同様の技術を適用してもよい。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。
前述の実施形態は、プリンターの実施形態だったので、インクをノズルから吐出しているが、このインクは水性でも良いし、油性でも良い。また、ノズルから吐出する液体は、インクに限られるものではない。例えば、金属材料、有機材料(特に高分子材料)、磁性材料、導電性材料、配線材料、成膜材料、電子インク、加工液、遺伝子溶液などを含む液体(水も含む)をノズルから吐出しても良い。
前述の実施形態によれば、コンピューター110側のプリンタードライバーが印刷データの生成を行っていたが、これには限られない。例えば、本実施形態の印刷データの生成を行うのに必要な機能を実現するためのプログラムがプリンター1のメモリー等の各種記憶部に格納されているのであれば、プリンター1が前述の処理を行うことが可能である。
前述の実施形態では、1パスにおける吐出回数に基づいて検査対象ノズルを選択していたが、1パス以外の期間での吐出回数に基づいて検査対象ノズルを選択してもよい。
前述の実施形態では、印刷時とフラッシング時にノズル検査を行っていたが、印刷時のみにノズル検査を行ってもよい。
Claims (6)
- 液体を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルに対して共通に設けられ、前記ノズル毎に吐出検査を行う共通吐出検査部と、
を備え、
印刷データに基づいて、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合と、
前記印刷データに基づかず、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合と、
では、検査されるノズルの順番が異なり、
前記印刷データに基づいて、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合は、
未検査のノズルを検査対象ノズルとして選択し順番を決定していく
ことを特徴とする液体噴射装置。 - 前記複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子にそれぞれ対応して設けられ、内部に液体が充填され、前記圧電素子の変位により、該内部の圧力が増減されるキャビティと、
前記圧電素子を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を有し、
前記ノズルは、前記キャビティに連通し、前記キャビティ内の圧力の増減により前記液体を液滴として吐出し、
前記共通吐出検出部は、前記駆動信号を前記圧電素子に印加することにより発生する前記キャビティ内の圧力変化に起因し、前記圧電素子に生じる残留振動を検出する、
ことを特徴とする請求項1記載の液体吐出装置。 - 前記印刷データに基づいて、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合は、
前記印刷データに基づき、前記液体を吐出したノズルの吐出検査が行われるように順番が決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出装置。 - 前記印刷データに基づかず、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合は、
前記複数のノズルの吐出検査を行う順番は、予め定められていることを特徴とする請求項1から3何れかに記載の液体吐出装置。 - 前記未検査ノズルが複数ある場合は、
吐出回数が少ないノズルを優先して前記検査対象ノズルとして選択していくことを特徴とする請求項1から4何れかに記載の液体吐出装置。 - 液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに対して共通に設けられた共通吐出検査部であって、前記ノズル毎に吐出検査を行う共通吐出検査部と、を備えた液体吐出装置の吐出検査方法であって、
印刷データに基づいて、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合と、
前記印刷データに基づかず、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合と、
では、検査されるノズルの順番が異なり、
前記印刷データに基づいて、前記複数のノズルの吐出検査を行う場合は、
未検査のノズルを検査対象ノズルとして選択し順番を決定していく
ことを特徴とする吐出検査方法。
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